基于X-Y工作台力/位置混合控制的研究

摘要

X-Y工作台是一种比较典型的机械设备。它不但可以用来做一些平面加工，也可以作为大型机械设备的原型机。应用X-Y定位平台进行抛光、磨削、去毛刺等作业时，为了保证加工质量，不仅要求有较高的位置跟踪精度，而且还要保证平台与环境接触面间相互作用力的控制。本文在国内外研究成果的基础上，以X-Y定位平台作为被控对象，在力/位置混合控制的基础上进行以下几个方面的研究。
　　本文在力/位置混合控制原理的基础上，提出了一种自适应模糊PID力/位置混合控制方案。在位置控制部分采用常规PID控制，力控制部分采用自适应模糊PID控制。模糊控制器具有很强的适应性和鲁棒性，不依赖被控对象准确的数学模型，PID控制器在控制系统中具有稳定性和精度高的优点。将此二者结合，形成同时具有抗外界干扰的能力和稳定性及高精度的特性。仿真结果表明，该控制策略使位置跟踪精度和力控制精度达到了期望的结果。
　　当X-Y工作台做周期性作业时，为解决周期性误差问题，设计了一种重复控制补偿高精度PID控制方案。重复控制算法对周期性信号或周期性干扰有很强的控制能力，使控制系统具有比较好的跟踪控制性能和鲁棒性能。在位置控制部分采用传统PID控制算法，在力控制部分采用重复控制补偿的高精度PID控制算法。这种控制方案利用重复控制理论的跟踪控制能力及对周期性干扰的强抑制作用，并结合了PID控制精度高的优点。仿真结果表明，该控制方案与常规PID控制算法相比，控制系统的响应速度和跟踪控制精度有显著提高并且提高了系统的鲁棒性，达到了期望的结果。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 力／位置控制国内外现状

1．3 本课题研究的意义

1．4 本文研究的主要内容

2 预备基础知识

2．1 仿真的概念

2．2 仿真的软件

2．2．1 MATLAB简介

2．2．2 Simulink简介

2．3 鲁棒控制理论

2．4 模糊控制理论

2．5 本章小结

3 X-Y工作台数学模型与摩擦模型

3．1 X-Y工作台的数学模型

3．2 X-Y工作台进给系统建模

3．3 力／位置控制系统

3．3．1 控制系统结构

3．3．2 控制系统坐标系

3．4 摩擦的特性

3．5 摩擦的建模

3．6 摩擦仿真

3．7 本章小结

4 基于自适应模糊PID的力／位置混合控制

4．1 引言

4．2 PID控制算法简介

4．3 模糊控制理论

4．3．1 模糊控制原理

4．3．2 模糊控制器的结构

4．3．3 模糊控制器设计

4．4 基于模糊PID的X-Y平台力／位置混合控制

4．4．2 混合控制原理

4．4．3 控制器的设计

4．4．4 控制系统的设计

4．4．5 仿真分析

4．5 本章小结

5 基于重复控制补偿的力／位置混合控制

5．1 引言

5．2 重复控制原理

5．3 重复控制补偿PID控制器

5．4 仿真分析

5．5 本章小结

结论

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

致谢